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          膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應用

          發(fā)表時(shí)間:2019-01-24

          膜技術(shù)是用天然或人工合成的高分子薄膜以外界能量位差 (如壓力差、 濃度差、 電位差、 溫度差等) 為推動(dòng)力,在實(shí)際工作過(guò)程中, 把雙組份或多組份的溶質(zhì)和溶劑實(shí)施有效分離,在分離的基礎上實(shí)現對其分級提純, 較后達到相關(guān)溶質(zhì)或溶劑的富集。

              應用中的膜分離技術(shù), 是把選擇性透過(guò)膜作為分離介質(zhì),在膜的兩側產(chǎn)生一定的推動(dòng)力時(shí), 通過(guò)原料側組分選擇性的透過(guò)膜, 就可以達到分離提純的目的。 

              膜分離技術(shù)具備以下特點(diǎn): 選擇性強, 是一種高能的分離過(guò)程; 分離過(guò)程中不發(fā)生相變化, 耗能低, 故又稱(chēng)省能技術(shù); 在使用過(guò)程中不需要加熱, 也不用進(jìn)行相關(guān)的化學(xué)反應; 應用范圍較廣, 對于有機物、 無(wú)機物、溶液等都適用; 操作簡(jiǎn)單, 使用成本低。

              一、膜分離技術(shù)概述

              常用的膜分離方法主要有微濾、 超濾、 反滲透、 納濾、電滲析、 氣體分離和滲透蒸發(fā)等。表 1 是幾種主要的膜分離過(guò)程及其傳遞機理、 推動(dòng)力、 透過(guò)物、 膜類(lèi)型的比較。

              二、膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應用

              進(jìn)入 21 世紀以后, 我國食品工業(yè)飛速發(fā)展, 伴隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展, 國家提出可持續發(fā)展戰略, 建立環(huán)境友好型社會(huì )。由于其能耗低、 無(wú)污染以及具有防止雜菌污染和熱敏性物質(zhì)失活等優(yōu)點(diǎn), 膜分離技術(shù)已廣泛應用于食品工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域, 并已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展, 具有良好的發(fā)展前景。

              1、 膜分離技術(shù)在飲料工業(yè)中的應用

              1) 在果蔬汁生產(chǎn)中的應用 

              傳統的果蔬汁加工工藝, 不僅損害風(fēng)味和營(yíng)養, 而且能耗與生產(chǎn)成本較高。 超濾和反滲透等膜分離技術(shù)的日益發(fā)展增加了果蔬汁等飲料的生產(chǎn)中保持其原有風(fēng)味以及營(yíng)養物質(zhì)的可行性。

              2)超濾在果蔬汁生產(chǎn)中的應用

              果蔬汁脫苦。E. Hernandez 等研究了利用超濾和二乙烯基聚苯乙烯樹(shù)脂吸附的聯(lián)合過(guò)程, 對葡萄柚汁進(jìn)行脫苦, 結果發(fā)現, 由于超濾過(guò)程除去了一些苦味前體物質(zhì)和易被樹(shù)脂吸附的大分子物質(zhì)及懸浮小顆粒, 樹(shù)脂的使用壽命和脫苦效率明顯改善,柚皮苷和檸檬堿可被完全除去,明顯提高了果汁的風(fēng)味。

              果汁澄清。 運用超濾技術(shù)能夠制出穩定的蘋(píng)果澄清汁, 除去易引起蘋(píng)果汁發(fā)生渾濁沉淀的大分子物質(zhì), 解決連續化作業(yè)的難題, 確保了色值、 透光率等技術(shù)指標的持久穩定, 對濃縮青蘋(píng)果汁出口非常有利。

              2、膜分離技術(shù)在濃縮果汁中的應用 

              濃縮是果汁加工中的較主要工序,傳統的果汁濃縮多采用蒸發(fā)技術(shù), 在高溫下果汁中的熱敏性物質(zhì)以及營(yíng)養物質(zhì)容易受到高溫損害, 因此采用膜分離技術(shù)進(jìn)行果汁的濃縮, 較常用的就是反滲透技術(shù)。這項技術(shù)已經(jīng)成功地用于蘋(píng)果、 梨、 柑橘、菠蘿、 葡萄、 番茄、 西番蓮等果蔬汁的濃縮。分滲透技術(shù)在濃縮果汁時(shí)適用于相對分子質(zhì)量小于 500 的低分子無(wú)機物或有機物水溶液的分離。操作壓力為 0.1~10MPa, 較易控制。

              3、膜分離技術(shù)在飲料業(yè)中的水處理中的應用 

              飲料的主要成分是水,水質(zhì)量的好壞決定著(zhù)飲料質(zhì)量的好壞。而通過(guò)使用膜分離技術(shù),能夠有效分離水中的其他雜質(zhì),大大提高水的質(zhì)量, 進(jìn)而保證飲料的質(zhì)量。

              4、膜分離技術(shù)在油脂加工中的應用 

              從油脂加工技術(shù)的發(fā)展來(lái)看, 上世紀八九十年代, 一些大型的先進(jìn)油脂企業(yè)才開(kāi)始運用膜分離技術(shù),現在已在大豆蛋白提取、 菜籽蛋白提取和脫毒、 油脂精煉等方面取得了一些可喜的研究成果。 應用于混合油預分離、 尾氣回收、 油脂副產(chǎn)品的深加工等方面也引起了研究機構和生產(chǎn)廠(chǎng)家的重視。

              1)在脫酸、 脫色中的應用。

              傳統的脫酸工藝是物理精煉和化學(xué)精煉, 即通過(guò)向油脂中加堿中和其中的游離脂肪酸, 或者通過(guò)蒸餾將游離脂肪酸脫除的方法進(jìn)行油脂的脫酸工藝。 脫色為利用活性白土的吸附作用將油脂中的色素脫除以達到脫色的目的。 使用超濾技術(shù)可以將油脂的脫酸和脫色工藝合二為一,省去了傳統工藝中的許多工序, 使得油率大為提高, 還可降低脫色的白土用量和處理廢白土費用, 及減少脫色白土所吸收中性油脂的損失。

              2)在油脂副產(chǎn)品加工中的應用。

              磷脂的制備: 膜分離技術(shù)從植物油中直接制備磷脂不僅可省去精煉工藝中脫膠工序, 而且可以省去投資較大的旋轉薄膜蒸發(fā)器。

              5、膜分離技術(shù)在葡萄酒釀造中的應用 

              膜過(guò)濾在葡萄酒生產(chǎn)行業(yè)中應用廣泛, 是必不可少的操作單元。通過(guò)超濾法分離葡萄的沉降物,不僅能夠起到除菌抑菌的效果, 還可以提升葡萄酒的品質(zhì), 使其變得更加清澈, 增加良好的口感。

              使用超濾膜除酒石與死端過(guò)濾, 其中用硅藻土作為介質(zhì), 通過(guò)對比研究, 發(fā)現除酒石對葡萄酒中單寧色度的分離功效, 要比硅藻土過(guò)濾更好, 對于微生物的過(guò)濾來(lái)說(shuō), 除酒石也具有非常實(shí)力的效果。 從總體上來(lái)說(shuō), 通過(guò)使用超濾膜處理技術(shù), 能夠有效提升葡萄酒的質(zhì)量, 對于其香氣的保留有著(zhù)非常好的效果, 在減少葡萄酒在處理過(guò)程中損失程度的同時(shí), 提高了成品酒產(chǎn)量。

              6、膜分離技術(shù)在酶制劑濃縮中的應用 

              傳統蒸發(fā)濃縮能耗高, 熱相變過(guò)程生物酶易褐變活, 超濾則能很好地解決這些問(wèn)題, 目前已在淀粉酶、 糖化酶、 蛋白酶等酶制劑的生產(chǎn)中得到應用。 如使用板框式膜組件進(jìn)行發(fā)酵液中真菌蛋白酶濃縮,經(jīng) 20h 循環(huán)操作,可使 300L 料液濃縮至10L, 酶的回收率為 96%。

              三、結語(yǔ)

              通過(guò)上述的論述可以知道, 膜分離技術(shù)在很多領(lǐng)域的應用有著(zhù)一定的優(yōu)勢, 但是膜分離技術(shù)還存在一定程度的局限性, 例如, 膜成本比較高, 而且這些選擇性透過(guò)膜一般都是化學(xué)材料制成, 較難降解, 可能會(huì )對環(huán)境造成污染等。但是隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步,我們一定能克服這些缺點(diǎn), 實(shí)現膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中的更廣泛的應用。

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